DE1057845B - Process for the production of monocrystalline semiconducting compounds - Google Patents
Process for the production of monocrystalline semiconducting compoundsInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von einkristallinen halbleitenden Verbindungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einkristallinen halbleitenden Verbindungen, insbesondere Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente sowie intermetallischen Verbindungen aus anderen Elementen, durch Bildung der halbleitenden Verbindung aus den Komponenten auf einem erhitzten einkristallinen Trägerkörper, dessen Auffangfläche eine mit der entstehenden halbleitenden Verbindung mindestens angenähert übereinstimmende Kristallstruktur aufweist.Process for the production of monocrystalline semiconducting compounds The invention relates to a method for producing monocrystalline semiconducting materials Compounds, in particular compounds from elements of III. and V. group of Periodic Table of the Elements as well as intermetallic compounds from others Elements, by forming the semiconducting compound from the components on one heated monocrystalline carrier body, the collecting surface of which is one with the resulting semiconducting compound at least approximately matching crystal structure having.
Zum Niederschlagen von Bornitrid auf einen glühenden Körper ist ein Verfahren bekannt, bei welchem eine Mischung von Stickstoff, Wasserstoff und Borbromid über einen glühenden Körper geleitet wird. Dabei bildet sich auf dem als Glühdraht ausgeführten Trägerkörper ein Niederschlag von Bornitrid. Auf diesem Wege hergestellte Niederschläge weisen für Halbleiteranwendungen noch eine unzureichende Struktur, Gitteranordnung und Reinheit auf. Für Halbleiterzwecke spielen nämlich bereits elektrisch wirksame Verunreinigungen und Gitterstörungen, wie Gitterleerstellen und Zwischengittereinlagerungen, mit einer so geringen Konzentration wie 10-6 bis 10-8 Atomprozent eine Rolle.To deposit boron nitride on a glowing body is a Process known in which a mixture of nitrogen, hydrogen and boron bromide is passed over a glowing body. This forms on the as a filament executed carrier body a deposit of boron nitride. Manufactured in this way Precipitation still has an inadequate structure for semiconductor applications, Lattice arrangement and purity. For semiconductor purposes already play electrically effective contamination and lattice disturbances, such as lattice vacancies and interstitials, with a concentration as low as 10-6 to 10-8 atomic percent matters.
Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Herstellung von halbleitenden Verbindungen, z. B. halbleitenden Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente. Störungen des Gitteraufbaues entstehen bei diesen Halbleiterstoffen zusätzlich dadurch, daß auch Abweichungen der stöchiometrischen Zusammensetzung in den genannten geringen Konzentrationen während der Herstellung schwer zu vermeiden sind.Particular difficulties arise in the manufacture of semiconducting materials Connections, e.g. B. semiconducting compounds from elements of III. and V. group of the Periodic Table of the Elements. Disturbances of the grid structure arise at these semiconductor materials additionally in that there are also deviations from the stoichiometric Composition in the mentioned low concentrations during manufacture are difficult to avoid.
Zur Erzeugung einer dünnen Germaniumschicht mit Einkristallstruktur ist bekannt, Germaniumjodid in einer erhitzten Kammer über einem einkristallinen Trägerkörper aus Germanium zu zersetzen, wobei sich auf diesem Germanium niederschlägt.For producing a thin germanium layer with a single crystal structure is known to put germanium iodide in a heated chamber over a single crystal To decompose carrier bodies made of germanium, whereby germanium is deposited on this.
Es ist weiterhin bekannt, durch thermische Zersetzung gasförmiger Verbindungen von Wolfram, Molybdän und einigen ähnlichen Metallen an einem hocherhitzten einkristallinen Wolframdraht eine einkristalline Abscheidung dieser Metalle zu erhalten. Dagegen gelingt in dieser Weise die Herstellung einkristalliner Bedeckungen des Wolframdrahtes mit weiteren wolframähnlichen Metallen, wie Vanadium, Chrom- und gγEisen, nicht. Eine erfolgreiche Anwendung eines einkristallinen Trägerkörpers bei einer Bildung einer halbleitenden Verbindung auf einem erhitzten Trägerkörper war daher schon insoweit nicht zu erwarten, als die Anwendung eines einkristallinen Trägerkörpers bereits bei der Herstellung von Niederschlägen von Metallen, also chemischen Elementen, nicht bei jedem Metall zum Ziel führte.It is also known to be gaseous by thermal decomposition Compounds of tungsten, molybdenum and some similar metals on a highly heated one single crystal tungsten wire to obtain a single crystal deposit of these metals. In contrast, the production of single-crystalline coverings of the succeeds in this way Tungsten wire with other metals similar to tungsten, such as vanadium, chrome and gγiron, no. A successful application of a single crystal support body when a semiconducting compound is formed on a heated support body was therefore not to be expected insofar as the use of a single crystal Carrier body already in the production of precipitates of metals, so chemical elements, did not work with every metal.
Bei dem bekannten Aufdampfen von Zinn oder Cadmium auf eine Glasunterlage erhöhter Temperatur wird bei jedem dieser Stoffe lediglich ein Niederschlag aus kleinen und kleinsten Kriställchen erhalten.With the known vapor deposition of tin or cadmium on a glass substrate At higher temperatures, each of these substances only forms a precipitate small and tiny crystals.
Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung einkristalliner halbleitender Verbindungen so verfahren, daß die Komponenten der halbleitenden Verbindung durch Aufdampfen mittels Dampfstrahlen im Vakuum auf einem Schichtträger von einer Temperatur nahe unterhalb der Schmelztemperatur der halbleitenden Verbindung aufgebracht sowie zur chemischen Reaktion gebracht werden, wobei durch Wahl der Temperatur, Anordnung oder/und Führung der Verdampfungsöfen für die Komponenten die stöchiometrische Zusammensetzung der entsprechenden halbleitenden Verbindung bewirkt wird.According to the invention, single-crystal semiconductors are used to produce Connections proceed so that the components of the semiconducting connection through Vapor deposition by means of steam jets in a vacuum on a substrate at one temperature applied close to below the melting temperature of the semiconducting compound as well be brought to a chemical reaction, whereby by choosing the temperature, arrangement and / or management of the evaporation ovens for the components, the stoichiometric composition the corresponding semiconducting connection is effected.
Bei der bekannten Handhabung des Aufdampfverfahrens ließen sich nun noch keine Schichten halbleitender Verbindungen in einkristalliner Form herstellen. Auch bei dem Aufdampfen von halbleitenden Verbindungen aus gut zu verdampfenden Komponenten ergaben sich Aufdampfschichten, deren Kristallstruktur stark gestört war. Die Aufdampfschichten der halbleitenden Verbindungen enthielten amorphe Anteile und waren dementsprechend in ihrem elektrischen Verhalten wenig befriedigend.With the known handling of the vapor deposition process, it was now possible do not yet produce layers of semiconducting compounds in monocrystalline form. Also with the vapor deposition of semiconducting compounds from easily vaporized Components resulted from vapor-deposition layers whose crystal structure was severely disturbed was. The vapor deposition layers of the semiconducting compounds contained amorphous components and accordingly were not very satisfactory in their electrical behavior.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht die Herstellung von Schichten aus halbleitenden Verbindungen mit einer für Halbleiterzwecke befriedigenden Gitterstruktur, einer erforderlichen hohen Reinheit und ausreichend geringen Gitterstörungen.The method according to the invention enables layers to be produced of semiconducting compounds with a lattice structure that is satisfactory for semiconductor purposes, a required high purity and sufficiently low lattice disturbances.
Im Gegensatz zu den Verfahren auf der Grundlage der thermischen Zerlegung kann bei dem Aufdampfverfahren nach der Erfindung die Anwesenheit einer störenden Gasatmosphäre bei der Bildung der halbleitenden Verbindung vermieden werden. Das Vakuumverfahren nach der Erfindung verhindert den Einbau von Gasen in das Kristallgitter der entstehenden halbleitenden Verbindung und vermeidet daher diese Art Gitterstörungen. Des weiteren können wegen der Abwesenheit eines Gaspolsters von Fremdstoffen für den Kristallaufbau günstigere Auf dampfgeschwindigkeiten angewandt werden.In contrast to the method based on thermal decomposition can in the vapor deposition process according to the invention, the presence of a disturbing Gas atmosphere can be avoided in the formation of the semiconducting compound. That Vacuum process according to the invention prevents the incorporation of gases into the crystal lattice the resulting semiconducting connection and therefore avoids this type of lattice interference. Furthermore, because of the absence of a gas cushion of foreign matter for the crystal structure more favorable steam speeds can be used.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das Aufdampfen mittels Dampfstrahlen ermöglicht, einkristalline Schichten halbleitender Verbindungen mit großer Flächenausdehnung herzustellen, ohne dadurch die guten Eigenschaften der Schichten für Halbleiterzwecke zu verlieren.A particular advantage of the method according to the invention is therein to see that vapor deposition by means of steam jets enables monocrystalline layers to produce semiconducting connections with a large surface area without doing so to lose the good properties of the layers for semiconductor purposes.
Für die Herstellung von halbleitenden Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente eignen sich Schichtträger, welche Zinkblende-, Diamant- oder Wurtzitstruktur aufweisen. Viele halbleitende Verbindungen dieser Zusammensetzung kristallisieren in der Zinkblendestruktur, die nahe mit der Diamant- und Wurtzitstruktur verwandt ist.For the production of semiconducting compounds from elements of the III. and V. Group of the Periodic Table of the Elements are suitable for use with layers which have zinc blende, diamond or wurtzite structure. Lots of semiconducting Compounds of this composition crystallize in the zinc blende structure, the is closely related to the diamond and wurtzite structure.
Beispielsweise kann zur Herstellung einer einkristallinen Schicht aus Indiumantimonid als Schichtträger ein Kristall aus beispielsweise Cadmiumtallurid genommen und eine gut ausgebildete Oberfläche dieses Kristalls als Auffangfläche benutzt werden. Indiumantimonid kristallisiert nämlich wie Cadmiumtellurid mit einer Gitterstruktur des Zinkblendetyps. Die Kantenlänge der Elementarzelle des Indiumantimonids bebeträgt 6,45 ₧ 10-8 cm, die des Cadmiumtellurids 6,46 ₧ 10-8 cm.For example, it can be used to produce a monocrystalline layer a crystal made of, for example, cadmium talluride, made from indium antimonide as the layer support taken and a well-formed surface of this crystal as a collecting surface to be used. Like cadmium telluride, indium antimonide crystallizes with a Lattice structure of the zinc blende type. The edge length of the unit cell of indium antimonide is 6.45 ₧ 10-8 cm, that of cadmium telluride 6.46 ₧ 10-8 cm.
Wird zur Herstellung einer einkristallinen Schicht aus Indiumantimonid als Schichtträger Germanium gewählt, so ist die Übereinstimmung der Kantenlänge der Elementarzelle der beiden Gitter weniger gut, da die Kantenlänge der Elementarzelle von Germanium 5,62 ₧ 10-8 cm beträgt. Die Güte der Übereinstimmung der Gitterkonstanten wirkt sich auf die Dicke der zu erzielenden einkristallinen Halbleiterschicht aus. Eine gute Übereinstimmung der Gitter ermöglicht, dickere Schichten guter Gitterordnung herzustellen, als es bei einer weniger guten Übereinstimmung der Gitter der Fall ist.Used to produce a single-crystal layer of indium antimonide If germanium is selected as the layer support, the edge length corresponds of the unit cell of the two lattices is less good because the edge length of the unit cell of germanium is 5.62 ₧ 10-8 cm. The goodness of the agreement of the lattice constants affects the thickness of the single-crystal semiconductor layer to be achieved. A good correspondence of the grids enables thicker layers of good grid order to be obtained than is the case with a less good match of the grids is.
Die Gitterordnung der Aufdampfschicht ist besonders durch die Aufdampfgeschwindigkeit und durch die Temperatur des Schichtträgers zu beeinflussen. Mit einer Aufdampfgeschwindigkeit von ungefähr 10 mg Substanz der Verbindung pro Quadratzentimeter und pro Minute können Halbleiterschichten mit einem nur geringe Gitterstörungen enthaltenden Kristallgitter erhalten werden. Neben der Aufdampfgeschwindigkeit trägt hierzu wesentlich die Wahl der Temperatur des Schichtträgers gemäß der Erfindung bei.The lattice order of the vapor deposition layer is particularly determined by the vapor deposition rate and influenced by the temperature of the substrate. With a vapor deposition rate of approximately 10 mg of substance of the compound per square centimeter and per minute can semiconductor layers with a crystal lattice containing only slight lattice defects can be obtained. In addition to the vapor deposition rate, the choice is essential the temperature of the support according to the invention.
Besonders vorteilhaft wirkt sich diese hohe Temperatur aus, wenn halbleitende Verbindungen aufgedampf werden, deren Komponenten eine Schmelztemperatur haben, die niedriger als die Schmelztemperatur der Verbindung ist. Durch die hohe Temperatur erhalten die Atome der entstehenden Halbleiterschicht genügend Energie zugeführt, die es ihnen ermöglicht, ein Gitter mit guter Gitterordnung aufzubauen. Für den Aufbau der Aufdampfschicht ist es wichtig, die Temperatur des Schichtträgers gut konstant zu halten. Die Heizung des Schichtträgers wird beispielsweise durch einen Strahler von der der Auffangfläche abgewandten Seite her besorgt. Um Schichten aus halbleitenden Verbindungen mit der erforderlichen hohen Reinheit zu erhalten, muß der einkristalline Schichtträger, insbesondere dessen Auffangfläche, eine hohe Reinheit besitzen. Sonst würden bei der hohen Temperatur des Schichtträgers und derjenigen Berührung von Schichtträger und Halbleiterschicht störende Verunreinigungen des Schichtträgers in die Halbleiterschicht einwandern. Schichtträger, die sich in hoher Reinheit herstellen lassen, sind beispielsweise Germanium und Silizium. Als Schichtträger kommen weiterhin auch nur solche Stoffe in Frage, die auf der zum Aufdampfen einer halbleitenden Verbindung erforderlichen Temperatur gehalten werden können. Vorteilhaft ist die Verwendung von Schichtträgern, die selbst durch Aufdampfen hergestellt werden. Derartig hergestellte Schichtträger sind verhältnismäßig einfach mit befriedigender Reinheit und mit nur geringen Gitterstörungen zu erhalten. Viele Gitterstörungen etwa nicht durch Aufdampfen hergestellter Schichtträger lassen sich vorzugsweise durch eine thermische Behandlung des Schichtträgers beträchtlich vermindern. Das Vakuum, bei dem die halbleitenden Verbindungen aufgedampft werden, soll zweckmäßig einen Gasdruck von weniger als 10-3 mm Hg haben. Zum einwandfreien Aufdampfen ist auf eine gute Fremdgasfreiheit des Vakuums zu achten. Beispielsweise muß für das Aufdampfen von halbleitenden Antimoniden das Vakuum ausreichend von Sauerstoff und Wasserstoff befreit werden.This high temperature is particularly advantageous when semiconducting Compounds are vapor deposited, the components of which have a melting temperature, which is lower than the melting temperature of the compound. Because of the high temperature the atoms of the resulting semiconductor layer receive sufficient energy, which enables them to build a grid with good grid order. For the To build up the vapor deposition layer, it is important to keep the temperature of the substrate good keep constant. The heating of the substrate is, for example, by a Obtained radiator from the side facing away from the collecting surface. To make layers To obtain semiconducting compounds with the required high purity, must the monocrystalline substrate, in particular its collecting surface, has a high degree of purity own. Otherwise, at the high temperature of the substrate and those Contact of the substrate and the semiconductor layer, disturbing impurities of the Immigrate layer carrier into the semiconductor layer. Layer supports that are in high Germanium and silicon, for example, can be produced for purity. As a layer carrier continue to only come into question those substances that are used on the vapor deposition semiconducting compound required temperature can be maintained. Advantageous is the use of substrates that are produced by vapor deposition. Layer supports produced in this way are relatively simple with more satisfactory Purity and with only minor lattice disturbances. Lots of lattice disturbances For example, layers not produced by vapor deposition can preferably be used can be reduced considerably by thermal treatment of the substrate. That Vacuum, in which the semiconducting compounds are evaporated, should be useful have a gas pressure of less than 10-3 mm Hg. For perfect vapor deposition is ensure that the vacuum is free from foreign gases. For example, for the Vapor deposition of semiconducting antimonides sufficient oxygen and vacuum Hydrogen to be released.
Zur Vereinfachung der Darstellung soll im folgenden nur von der erfindungsgemäßen Herstellung äquiatomarer halbleitender Verbindungen gesprochen werden. Selbstverständlich umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Ausdehnung dieses Verfahrens auf die Herstellung halbleitender Verbindungen nicht äquiatomarer Zusammensetzung. So läßt sich beispielsweise das Verfahren zur Herstellung einer nicht äquiatomaren zusammengesetzten halbleitenden Verbindung aus einem oder mehreren der nachfolgenden Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer äquiatomaren Verbindung ableiten, indem lediglich die Bestrahlungsstärke der Dampfstrahlen einer bestimmten Komponente erhöht wird. Zum Beispiel kann die Bestrahlungsstärke durch eine Vergrößerung der Zahl der Verdampfungsöfen der betreffenden Komponente oder durch eine Erhöhung der Strahlungsdichte der betreffenden Verdampfungsöfen oder eventuell auch durch eine Änderung der Entfernung der Verdampfungsöfen von der Auffangfläche erreicht werden.To simplify the illustration, the following is only intended to be based on the invention Production of equiatomic semiconducting compounds are spoken. Of course the method according to the invention also includes the extension of this method the production of semiconducting compounds of non-equiatomic composition. So For example, the process for producing a non-equiatomic composite semiconducting compound of one or more of the following Examples of the method of the present invention for producing an equiatomic compound deduce by only the irradiance of the steam jets of a certain Component is increased. For example, the irradiance can be increased by magnification the number of evaporation ovens for the component concerned or by increasing it the radiation density of the evaporation furnace concerned or possibly also through a change in the distance of the evaporation ovens from the collecting surface is achieved will.
Ein einfaches, zweckmäßiges Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung äquiatomarer halbleitender Verbindungen besteht darin, mindestens zwei Verdampfungsöfen auf einer solchen Temperatur zu halten und derart anzuordnen, daß die von ihnen ausgehenden Dampfstrahlen sich auf der Auffangfläche des Schichtträgers mit mindestens angenähert konstanter und gleicher Bestrahlungsstärke überlagern. Hierbei ist besondere Sorgfalt auf eine gute Konstanz der Temperatur der Verdampfungsöfen zu verwenden. Die Strahlungsdichte der Verdampfungsöfen wird nämlich durch den Dampfdruck der zu verdampfenden Substanz bestimmt. Der Dampfdruck ist wiederum von der Ofentemperatur abhängig, und zwar können kleine Temperaturschwankungen bereits sehr störende Änderungen der Strahlungsdichte der Verdampfungsöfen ergeben. Nach diesem Durchführungsbeispiel wird eine einkristalline Schicht einer halbleitenden Verbindung erzeugt, deren Ausdehnung durch die Begrenzung der Dampfstrahlen bestimmt ist. Eine Vermischung der Komponenten der halbleitenden Verbindung tritt in diesem Beispiel bereits im Dampfstrahl, also vor dem Auftreffen auf der Auffangfläche des Schichtträgers, ein.A simple, useful implementation example of the invention Process for the production of equiatomic semiconducting compounds consists in to keep at least two evaporation ovens at such a temperature and such to arrange that the steam jets emanating from them are on the collecting surface of the substrate with at least approximately constant and equal irradiance overlay. Special care is taken to ensure that the temperature remains constant to use the evaporation ovens. The radiation density of the evaporation furnaces is namely determined by the vapor pressure of the substance to be vaporized. The vapor pressure is in turn dependent on the furnace temperature, and small temperature fluctuations can occur already result in very disturbing changes in the radiation density of the evaporation ovens. According to this implementation example, a monocrystalline layer is a semiconducting Connection created, the expansion of which is determined by the limitation of the steam jets is. Mixing of the components of the semiconducting compound occurs in this example already in the steam jet, i.e. before it hits the collecting surface of the layer carrier, a.
In der Fig. 1 ist in schematischer Weise dieses Beispiel der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Von der Aufdampfvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einkristalliner Schichten halbleitender Verbindungen wurden in Fig. 1 gezeichnet: der Schichtträger 1, seine Auffangfläche 2, die Auf dampfschicht 3 der halbleitenden Verbindung, zwei Verdampfungsöfen 4, die zugehörigen Strahlblenden 5 und die Heizvorrichtung 6, die zur Heizung des Schichtträgers 1 dient. In Fig. 1 wurde die Begrenzung der Dampfstrahlen der Verdampfungsöfen eingetragen und jeweils der Hauptstrahl der Dampfstrahlen durch eine gestrichelte Linie gezeichnet. Ferner wurde in leicht erkennbarer Weise noch eine strichpunktierte Linie eingetragen. Diese Linie gibt für eine eventuelle Bewegung der Verdampfungsöfen 4 bzw. des Schichtträgers 1 die Drehachse an und steht senkrecht zur Auffangfläche des Schichtträgers 1. Der zur Drehachse gezeichnete gekrümmte Pfeil zeigt den im Beispiel gewählten Drehsinn der Drehbewegung an. Es ist zweckmäßig, für die Verdampfungsöfen 4 bzw. für den Schichtträger 1 eine Drehbewegung entsprechend Fig. 1 vorzusehen, denn durch eine solche Drehbewegung lassen sich geringere Schwankungen der Bestrahlungsstärke der Verdampfungsöfen 4 ausgleichen. Eine mindestens angenähert gleiche Bestrahlungsstärke zweier Verdampfungsöfen 4 ist in diesem Durchführungsbeispiel dann zu erreichen, wenn der Winkel, unter dem die Hauptstrahlen der beiden Verdampfungsöfen 4 sich treffen, möglichst klein und die Entfernung der Verdampfungsöfen 4 von der Auffangfläche 2 möglichst groß gewählt wird. Die in diesem Durchführungsbeispiel vorgesehene Drehbewegung dient nicht dazu, den von den Dampfstrahlen getroffenen Bereich der Auffangfläche 2 zu vergrößern.This example of implementation is shown schematically in FIG. 1 of the method according to the invention shown. From the vapor deposition device to the implementation of the method according to the invention for producing monocrystalline layers of semiconducting Connections were drawn in Fig. 1: the support 1, its collecting surface 2, the on vapor layer 3 of the semiconducting compound, two evaporation furnaces 4, the associated beam diaphragms 5 and the heating device 6, which are used for heating the substrate 1 serves. In Fig. 1, the limitation of the steam jets of the evaporation ovens was entered and in each case the main jet of the steam jets is drawn by a dashed line. A dash-dotted line was also entered in an easily recognizable manner. This line indicates any movement of the evaporation ovens 4 or of the substrate 1 the axis of rotation and is perpendicular to the collecting surface of the layer carrier 1. The The curved arrow drawn to the axis of rotation shows the direction of rotation selected in the example the rotary motion. It is useful for the evaporation ovens 4 or for the Layer support 1 to provide a rotary movement as shown in FIG. 1, because by a Such a rotary movement can reduce fluctuations in the irradiance of the Balance evaporation ovens 4. At least approximately the same irradiance two evaporation ovens 4 can then be achieved in this implementation example, if the angle at which the main rays of the two evaporation furnaces 4 are meet, as small as possible and the distance of the evaporation ovens 4 from the collecting surface 2 is chosen as large as possible. The rotary movement provided in this implementation example does not serve the area of the collecting surface hit by the steam jets 2 to enlarge.
Entsprechend dem in Fig. 1 erläuterten Durchführungsbeispiel kann ohne die dort angegebene Drehbewegung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Halbleiterschicht größerer Ausdehnung erzeugt werden, wenn man die beiden Verdampfungsöfen 4 eine Translationsbewegung ausführen läßt. Der Schichtträger 1 ist dann vorteilhaft als feststehend vorzusehen. Die Bewegung der Verdampfungsöfen 4 erfolgt zweckmäßig periodisch und meist gleichförmig. Mit dieser Bewegung können die Dampfstrahlen beispielsweise eine Bahn um die andere derart eine Fläche bedecken, die ein Vielfaches der Ausdehnung der Bestrahlungsfläche ohne Führung der Verdampfungsöfen 4 beträgt. Die Stärke der Aufdampfschicht kann nun dadurch erhöht werden, daß die Dampfstrahlen mehrfach, insbesondere periodisch, über die Auffangfläche des Schichtträgers geführt werden. Die Relativbewegung von Verdampfungsöfen 4 und Schichtträger 1 kann selbstverständlich auch durch die Bewegung des Schichtträgers 1 bei, kurz gesagt, feststehenden Verdampfungsöfen 4 bewirkt werden. Feststehende Verdampfungsöfen 4 soll an dieser Stelle heißen, daß die Verdampfungsöfen 4 keine Translationsbewegung ausführen sollen, wohl aber gegebenenfalls eine Rotationsbewegung stattfinden kann. Zur Herstellung einer größeren Fläche der einkristallinen Aufdampfschicht einer äquiatomaren halbleitenden Verbindung wird zweckmäßig mehr als ein Ofenpaar zum Aufdampfen benutzt, wenn es sich bei der äquiatomaren halbleitenden Verbindung um eine aus zwei Komponenten bestehende Verbindung handelt..According to the implementation example explained in FIG without the rotational movement specified there according to the method according to the invention Semiconductor layer of larger size can be generated if you use the two evaporation ovens 4 can perform a translational movement. The layer support 1 is then advantageous to be provided as fixed. The evaporation ovens 4 are moved appropriately periodic and mostly uniform. With this movement, the steam jets for example, one lane after the other cover an area that is many times that the extent of the irradiation area without guiding the evaporation ovens 4. The thickness of the vapor deposition can now be increased by the fact that the steam jets repeatedly, in particular periodically, performed over the collecting surface of the layer support will. The relative movement of the evaporation furnace 4 and the layer carrier 1 can of course also by the movement of the substrate 1 in, in short, fixed evaporation ovens 4 can be effected. Fixed evaporation ovens 4 should mean at this point, that the evaporation ovens 4 should not perform any translational movement, but they do if necessary, a rotational movement can take place. To make a larger one Area of the monocrystalline vapor deposition layer of an equiatomic semiconducting compound it is advisable to use more than one pair of ovens for vapor deposition if the equiatomic semiconducting compound around a compound consisting of two components acts ..
Eine vorteilhafte Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ergibt sich wie folgt: Die Fig. 1 kann wiederum zur Erläuterung dienen. Es wird von einer Rotationsbewegung der Verdampfungsöfen 4 abgesehen. Die Verdampfungsöfen 4, deren Dampfstrahlen sich bereits vor dem Auftreffen auf der Auffangfläche 2 vermischen, werden nunmehr in gerader Bahn, meist gleichförmig und periodisch über den Schichtträger geführt. Weiterhin werden in diesem Durchführungsbeispiel die Verdampfungsöfen 4 als lange Verdampfungsschiffchen ausgebildet. Die Blenden 5 werden so ausgeführt, daß ein gerader Streifen 3 auf der Auffangfläche 2 durch die Dampfstrahlen der Verdampfungsöfen 4 bedeckt wird. Derart wird durch die translatorische Bewegung der Verdampfungsöfen 4 auf einer breiten Fläche der Auffangfläche 2 eine ausgedehnte einkristalline Halbleiterschicht erzeugt. Die Bewegung kann bis auf Anfang und Ende der geraden Bahn gleichförmig erfolgen und wird nur an den Umkehrstellen der Ofenbewegung verzögert bzw. beschleunigt werden. Es entstehen auf diese Weise ausgedehnte Halbleiterschichten guter Gleichmäßigkeit, denn nur in dem Anfang- und Endbereich der Bahn der Verdampfungsöfen 4 sind Störungen, z. B. auch der stöchiometrischen Zusammensetzung der Halbleiterschicht, zu erwarten.An advantageous implementation of the manufacturing method according to the invention results as follows: FIG. 1 can again serve for explanation. It will apart from a rotational movement of the evaporation ovens 4. The evaporation ovens 4, the steam jets of which mix before they hit the collecting surface 2, are now in a straight path, mostly uniformly and periodically over the substrate guided. Furthermore, the evaporation ovens 4 designed as a long evaporation boat. The diaphragms 5 are designed in such a way that that a straight strip 3 on the collecting surface 2 by the steam jets of the evaporation ovens 4 is covered. This is done by the translational movement of the evaporation ovens 4 an extensive monocrystalline semiconductor layer on a broad area of the collecting surface 2 generated. The movement can be uniform up to the beginning and end of the straight path take place and is only decelerated or accelerated at the reversal points of the furnace movement will. In this way, extensive semiconductor layers of good uniformity are created, because only in the beginning and end of the path of the evaporation furnace 4 are disturbances, z. B. also the stoichiometric composition of the semiconductor layer to be expected.
Eine weitere Gruppe von Durchführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens unterscheidet sich von den obigen Beispielen dadurch, daß die Komponenten der halbleitenden Verbindung sich nicht bereits im Dampfstrahl vermischen, sondern die Mischung der Komponenten erst auf der Auffangfläche erfolgt. Zu dieser Gruppe von Beispielen gehört auch das nachfolgende Beispiel, dementsprechend die Herstellung einer einkristallinen Schicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erfolgen kann, daß bei feststehendem Schichtträger 1 die Dampfstrahlen von mindestens zwei Verdampfungsöfen über die Auffangfläche des Schichtträgers periodisch und meist gleichförmig geführt werden und hierbei die von den Verdampfungsöfen der Komponenten her kommenden und nach dem Passieren der Blenden auf der Auffangfläche auftreffenden Dampfstrahlen auf der Auffangfläche Bereiche bedecken, die nebeneinander zu liegen kommen. Die Verdampfungsöfen führen in diesem Beispiel während der Bedampfung der Auffangfläche des Schichtträgers eine Bewegung aus, bei der die Bereiche der Dampfstrahlen der einen Komponente von den Dampfstrahlen der anderen Komponente zeitlich später bedeckt werden. Dies ist bei der Herstellung einer Schicht einer äquiatomaren, z. B. aus zwei Komponenten bestehenden Verbindung durch eine einfache Translationsbewegung von z. B. zwei hintereinander geführten Verdampfungsöfen zu bewerkstelligen. Um bei diesem Durchführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens eine größere Halbleiterschicht zu erhalten, werden wiederum vorteilhaft mehrere Ofenpaare zur Bedampfung eingesetzt. Auch dieses Durchführungsbeispiel eignet sich zur Herstellung von Halbleiterschichten größerer Ausdehnung, da die Translationsbewegung hierzu nur über die vorgegebene Fläche auszudehnen und so zu führen ist, daß die aufgedampften Bereiche sich lückenlos zu einer größeren Fläche zusammenfügen. Was die Verwendung mehrerer Ofen bzw. mehrerer Ofenpaare zur Erzeugung einer ausgedehnteren Aufdampfschicht anbetrifft, so ist zu erwähnen, daß die Ofenanordnung nicht nur hinsichtlich der rascheren Bedeckung einer ausgedehnteren Aufdampffläche gewählt werden wird. Es wird auch berücksichtigt werden, daß durch die Anordnung der Öfen bzw. der Ofenpaare hintereinander die Schichtdecke schneller vergrößert werden kann.Another group of implementation examples of the invention Manufacturing process differs from the above examples in that the components of the semiconducting compound do not mix in the steam jet, but the components are only mixed on the collecting surface. To this The group of examples also includes the following example, accordingly the Production of a monocrystalline layer by the method according to the invention thereby can take place that with a stationary layer support 1, the steam jets of at least two evaporation ovens over the collecting surface of the layer support periodically and mostly are guided uniformly and in doing so that of the evaporation ovens of the components coming here and impinging on the collecting surface after passing the diaphragms Jets of steam on the collecting surface cover areas that are adjacent to each other come. In this example, the evaporation ovens run during the evaporation of the The collecting surface of the support creates a movement in which the areas of the steam jets one component later than the steam jets of the other component to be covered. This is necessary when producing a layer of an equiatomic, e.g. B. two-component connection by a simple translational movement from Z. B. to accomplish two consecutive evaporation ovens. Around a larger semiconductor layer in this implementation example of the production method To obtain, in turn, several pairs of ovens are advantageously used for steaming. This implementation example is also suitable for producing semiconductor layers larger expansion, since the translational movement for this only over the specified Extend the area and guide it in such a way that the vapor-deposited areas are seamless Merge to form a larger area. What about the use of several ovens or several Pairs of ovens for the production of a more extensive vapor deposition layer are concerned, so is to mention that the furnace arrangement is not only in terms of faster coverage one more extensive evaporation area will be chosen. It will also take into account that the arrangement of the ovens or the oven pairs one after the other, the layered ceiling can be increased more quickly.
Dieses Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist in Fig. 2 in schematischer Weise dargestellt. Die Bedeutung der Ziffern ist dieselbe wie in Fig. 1. Es bezeichnet also 1 den Schichtträger, 2 die Auffangfläche des Schichtträgers, 3 die Aufdampfschicht der halbleitenden Verbindung, 4 zwei Verdampfungsöfen, 5 die zugehörigen Blenden und 6 die Heizung des Schichtträgers. Die Fig. 2 enthält ebenfalls die Begrenzungslinien der beiden Dampfstrahlen und deren Hauptstrahlen. Die Begrenzungslinien wurden als ausgezogene Linien und die Hauptstrahlen als gestrichelte Linien gezeichnet und sind in ihrer Bedeutung ohne weiteres zu erkennen. Der in Fig. 2 eingetragene Pfeil gibt eine beispielsweise Bewegungsrichtung der Translationsbewegung an, bei der die beiden Dampfstrahlen der Komponenten der Verbindung nacheinander über die Auffangfläche 2 hinweg laufen.This implementation example of the production process according to the invention is shown in Fig. 2 in a schematic manner. The meaning of the digits is the same as in FIG. 1. Thus, 1 designates the layer support, 2 the collecting surface of the substrate, 3 the vapor deposition layer of the semiconducting compound, 4 two vaporization ovens, 5 the associated diaphragms and 6 the heating of the layer support. Fig. 2 contains also the boundary lines of the two steam jets and their main jets. The boundary lines were shown as solid lines and the chief rays as dashed Lines are drawn and their meaning can be recognized without further ado. The in Fig. 2 registered arrow gives an example of a direction of movement of the translational movement in which the two steam jets of the components of the connection one after the other Run over the collecting area 2.
Eine spezielle Gestalt der einkristallinen Halbleiterschicht läßt sich oft durch eine zweckmäßige Ofenanordnung oder/und -führung erzeugen. Soll z. B. eine kreisförmige Halbleiterschicht gemäß der Erfindung hergestellt werden, so kann eine Ofenanordnung gewählt werden, wie sie durch Fig. 3 schematisch angegeben ist. In Fig. 3 ist die kreisförmige Schicht der aufzudampfenden halbleitenden Verbindung mit 7, jeder Verdampfungsofen mit 4 und jeder Bereich, den ein Verdampfungsofen 4 auf der Auffangfläche bei feststehendem Schichtträger 1 und ruhendem Verdampfungsofen 4 bedecken würde, mit 8 bezeichnet. Der gekrümmte Pfeil in Fig. 3 gibt eine beispielsweise Bewegungsrichtung der Ofenreihe an. Aus der Fig.3 ist die Durchführung des Herstellungsverfahrens ohne weiteres zu entnehmen, wenn noch gesagt wird, daß zur Herstellung einer äquiatomaren, z. B. aus zwei Komponenten bestehenden Verbindung die Verdampfungsöfen der beiden Komponenten beispielsweise abwechselnd aufeinander folgen sollen und die Kreisringschicht 7 und die Aufdampfbereiche 8 der Dampfstrahlen keineswegs maßstäblich aufzufassen sind.The monocrystalline semiconductor layer has a special shape are often generated by a suitable furnace arrangement or / and guidance. Should z. B. a circular semiconductor layer can be produced according to the invention, so a furnace arrangement can be selected, as indicated schematically by FIG. 3 is. In Fig. 3 is the circular layer of the semiconducting compound to be vapor deposited with 7, each evaporation furnace with 4 and each area one evaporation furnace 4 on the collecting surface with the layer carrier 1 stationary and the evaporation furnace at rest 4 would cover, denoted by 8. The curved arrow in Fig. 3 gives an example Direction of movement of the oven row. The implementation of the manufacturing process is shown in FIG without further ado, if it is also said that for the production of an equiatomic, z. B. two-component connection, the evaporation ovens of the two Components, for example, are to follow one another alternately and the annular layer 7 and the vapor deposition areas 8 of the steam jets are by no means to be taken to scale are.
Bei allen Durchführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist noch zu beachten, daß die störstellenleitenden Verbindungen ihren Halbleitercharakter durch eine geringe Abweichung von der streng stöchiometrischen Zusammensetzung bzw. durch geringe Zusätze störstellenbildender Stoffe erhalten. Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung der halbleitenden Verbindungen treten bei den bekannten Herstellungsverfahren leicht von selbst ein. Sie sind jedoch beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ausreichend klein zu halten. Da es auf die Reinheit der halbleitenden Verbindungen sehr ankommt, geht dem Aufdampfen der Komponenten der halbleitenden Verbindung eine sorgfältige Reinigung der Komponenten voraus. Die störstellenbildenden Stoffe werden bei der Herstellung der halbleitenden Verbindung meist zum Zeitpunkt des Zusammenbringens der Komponenten zugegeben.In all implementation examples of the method according to the invention it should also be noted that the connections which conduct impurities have their semiconductor character due to a slight deviation from the strictly stoichiometric composition or obtained by adding small amounts of impurity-forming substances. Deviations from the stoichiometric composition of the semiconducting compounds occur in the known manufacturing process easily by itself. However, you are with the invention To keep manufacturing process sufficiently small. As it depends on the purity of the semiconducting What matters a lot to compounds is the vapor deposition of the components of the semiconducting Connection requires careful cleaning of the components. The problematic Substances are mostly used in the production of the semiconducting connection at the time of bringing the components together.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Zusetzen der störstellenbildenden Stoffe vorteilhaft durch Aufdampfen mit weiteren Dampfstrahlen vorgenommen werden. Die Verdampfungsöfen der beizumischenden Stoffe lassen sich in den Aufdampfprozeß so einreihen, daß eine gute Gleichmäßigkeit der Verteilung der Zusätze erreicht wird. In den Durchführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, in welchen die Komponenten sich bereits als Strahlen mischen, können ein oder mehrere Dampfstrahlen der Zusatzstoffe zweckmäßig so vorgesehen werden, daß sie sich ebenfalls mit den Dampfstrahlen der Komponenten vor dem Auftreffen auf der Auffangfläche vermischen. In den Durchführungsbeispielen, in denen die Vermischung der Komponenten auf der Auffangfläche eintritt, werden die Dampfstrahlen der Zusatzstoffe wie die Dampfstrahlen der Komponenten über die Auffangfläche geführt.In the method according to the invention, the addition of the impurity-forming Substances are advantageously made by vapor deposition with further steam jets. The evaporation ovens for the substances to be admixed can be used in the evaporation process arrange in such a way that the additives are evenly distributed will. In the implementation examples of the manufacturing process according to the invention, in which the components already mix as rays, one or more Steam jets of the additives are expediently provided so that they are also Mix with the steam jets of the components before hitting the collecting surface. In the implementation examples, in which the mixing of the components on the Entering the collecting area, the steam jets become the additives like the steam jets of the components guided over the collecting surface.
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